JP3540889B2

JP3540889B2 - Flux-cored wire for stainless steel welding

Info

Publication number: JP3540889B2
Application number: JP07809796A
Authority: JP
Inventors: 肇長崎; 聰之三宅; 慎一金田; 紀久雄石坪
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-03-07
Filing date: 1996-03-07
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JPH09239586A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステンレス鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの開発に係り、さらに詳しくは、耐隙間腐食性に優れた溶接金属が得られ、なおかつアークが安定でスパッタ発生量が少なく、スラグの被包性および剥離性等の溶接作業性が良好なフラックス入りワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐食性の要求される環境に使用するオーステナイト系ステンレス鋼の溶接用には、特開昭５８−２０５６９６号公報、特開昭６２−６８６９６号公報に開示されているような３０８、３１６、３０８Ｌ、３１６Ｌ系のオーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤが用いられており、さらに耐隙間腐食性の向上を目的に開発されたものとしては３１７Ｌ系のオーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤがある。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、従来のオーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤでは、近年、さらに強まる高耐食性の要求、特に耐隙間腐食性に優れた溶接金属を得ることができなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するものであって、ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ステンレス鋼外皮中に、フラックスをワイヤ全重量に対して１０〜２５％充填し、前記フラックス中にワイヤ全重量に対して、ＴｉＯ₂ ：３．５〜７．５％、ＳｉＯ₂ ：０．１〜０．５％、金属弗化物：０．１〜３．０％を含有し、かつスラグ剤成分の合計が５．４〜９．１％であり、外皮およびフラックス中の一方または両方にＮｉ：９．０〜１４．０％、Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、Ｍｏ：０．５〜１．２％、Ｎ：０．１４〜０．１８％を含有していることを特徴とするステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のフラックス入りワイヤとは、図１の（ａ）〜（ｄ）にその例を示すような断面形状のワイヤで、パイプあるいは帯鋼からなる外皮１によって充填フラックス２を被包したものであり、同図（ｂ）〜（ｄ）のごとく継ぎ目３を有するもの、あるいは同図（ａ）に示すような継ぎ目のないものでもよい。外皮としては、フェライト系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼を用いることができる。
【０００６】
本発明においては合金成分としてＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎを外皮およびフラックス中の一方または両方に含有せしめる。
ＮｉはＣｒ、Ｍｏ、Ｎと共存して用いられ、耐食性、耐酸化性を向上させ、かつオーステナイト相を安定化するために９．０％以上必要である。一方、１４．０％を超えると耐食性は飽和し経済的にも高価となるため９．０〜１４．０％とした。
【０００７】
Ｃｒは不動態皮膜を形成し、硫酸を含む環境など高い耐食性を要求される環境ではＮｉ、Ｍｏ、Ｎと共存の形でも２０．０％以上必要であり、多いほど耐食性、耐酸化性は向上する。しかしながら２５．０％を超えるとその耐食性は飽和し経済的にも高価となるため２０．０〜２５．０％とした。
【０００８】
ＭｏはＣｒ、Ｎｉ、Ｎと共存の形で高い耐食性を得るために極めて効果的であり、０．５％未満では耐食性が不十分となるが、１．２％を超えても顕著な耐食性の向上は得られず、かつ高価となるため０．５〜１．２％とした。
【０００９】
Ｎは強力なオーステナイト生成元素であり、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏと共存の形で高い耐食性を得るために効果的であり、Ｎ化合物中Ｎ換算値として０．１４％以上必要である。しかし０．１８％を超えるとその効果は飽和し、なおかつ溶接金属にブローホールが発生し、溶接欠陥となるため０．１４〜０．１８％とした。
【００１０】
さらにスラグ剤であるが、前述した成分系でＮを含有した場合、従来のスラグ系では溶接後にスラグの飛散および焼付きが発生し健全な溶接部を得ることが困難である。そこで、スラグ剤主成分を以下の通りとした。
【００１１】
まずＴｉＯ₂ であるが、ＴｉＯ₂ はスラグ被包性および剥離性さらには耐飛散性の良いスラグを形成するが、３．５％未満ではその効果は発揮されず、７．５％を超えるとスラグの流動性が劣化し、スラグの被包性を確保するために必要なスラグ量が増大し、スパッタが発生しやすくなる。原料としては、ルチル、チタンスラグ、イルミナイト、さらにはチタン酸カリ、チタン酸ソーダ等が望ましい。
【００１２】
ＳｉＯ₂ はスラグの流動性調整に必要な成分であるが、０．１％未満ではその効果は見られず、０．５％を超えるとスラグが流れやすくなり被包性が劣化すると共に、スラグの焼付きを生じスラグ剥離性および耐飛散性が劣化する。なお、原材料としては珪砂、珪灰石の他、カリ長石等の複合成分を利用できる。
【００１３】
金属弗化物は、耐ピット性を向上させ、スラグの融点を調整し被包性を改善するために添加する。その分量が０．１％未満では耐ピット性が確保できず、逆に３．０％を超えるとスラグの融点が低くなり過ぎビード形状が劣化すると共に、弗素ガス発生によりスパッタが発生しやすくなる。金属弗化物としては、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ₂ 、ＡｌＦ₂ 、Ｋ₂ Ｚｒ₂ Ｆ₆ 等を単独もしくは複合で用いるが、上記範囲内であればその効果はどの弗化物もほぼ同等である。
【００１４】
本発明において、スラグ剤成分とは酸化物、弗化物等の非金属成分を意味するものであり、上記の他に、スラグ塩基度の調整やスラグの融点・流動性の微調整に用いるＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、アーク状態の調整に用いるＫ₂ Ｏ等、さらにはこれらの原料からもたらされる不純物としてＰ、Ｓ等も含まれる。これらを含めた全スラグ成分をワイヤ全重量に対して５．４〜９．１％の範囲とすることが本発明のポイントの一つである。これはスラグ成分が９．１％を超えた場合にはスラグ量が過剰となり、スパッタの発生量が多くなると共にスラグの巻込みが生じやすくなり、一方５．４％未満ではスラグ量が不足し、ビード全体を覆うことが不可能となってビード形状が劣化するからである。
【００１５】
また、フラックスは原材料粒度、フラックス成分、充填方法等に応じて固着剤によって造粒して用いることもあるが、その場合には固着剤からもたらされる成分、例えば水ガラスの場合では、ＳｉＯ₂ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏ等が増加することをあらかじめ考慮して原料配合を行うことが必要である。
【００１６】
【実施例】
表１に示すステンレス鋼のパイプおよび帯鋼を用い表２ないし表５に示す組成の１．２ｍｍ径のワイヤを製造した。なおこれらの表における外皮記号ＡおよびＢは図１（ｂ）に示すタイプ、外皮記号Ｃは図１（ａ）に示すシームレスタイプの断面形状とした。これらの表においてワイヤＮｏ．１〜１０が本発明例のステンレス鋼溶接用ワイヤ、Ｎｏ．１１〜２２が比較例である。表２ないし表５の各ワイヤを用いて、板厚２０ｍｍのＳＵＳ３１６ＬＮ鋼を、ＤＣＲＰ（直流逆極性）２００Ａ、３１Ｖ、３５ｃｍ／ｍｉｎの溶接条件で下向にて５パス６層溶接を行い、それぞれの溶接作業性を比較した。その結果を表４および表５に示す。ここで溶接作業性評価は、実用上良好な場合を○、実用に供し得ない場合を×と判定した。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
【表３】

【００２０】
【表４】

【００２１】
【表５】

【００２２】
またその肉盛溶接金属の最終層より腐食試験片を採取し、ＡＳＴＭＧ４８ＭｅｔｈｏｄＢに準拠した腐食試験を行い、耐隙間腐食性を評価した。試験条件は、１００ｇＦｅＣｌ・６Ｈ₂Ｏ＋９００ｍｌＨ₂Ｏ（６％ＦｅＣｌ₃ ）の溶液中に試験片を７２時間浸漬させ、０℃から１５℃まで２．５℃間隔で隙間腐食の発生有無を調べた。なお、対比としてＳＵＳ３１６ＬＮ系のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを用いて、同様の条件にて作製した試験片により評価した。その結果を表６に示す。ここで隙間腐食試験結果は、隙間腐食なしを○、隙間腐食発生を×とした。
【００２３】
【表６】

【００２４】
まず溶接作業性は、ＴｉＯ₂ 量が不足したＮｏ．１１のワイヤはスラグの被包性および剥離性に問題が生じ、さらにはスラグが溶接直後に飛散した。また、ＴｉＯ₂ 量が過剰なＮｏ．１６のワイヤは、スパッタの発生量に問題があり、金属弗化物の量も不足しているためピットの発生が認められた。
【００２５】
ＳｉＯ₂ 量が過剰なＮｏ．１２のワイヤは、スラグの焼付きを生じスラグ剥離性および飛散性において問題が生じた。また、ＳｉＯ₂ 量が不足したＮｏ．１７のワイヤは、スラグの被包性に問題が発生した。
【００２６】
金属弗化物の量が不足したＮｏ．１３のワイヤは、耐ピット性が劣化しピットが発生し、スラグ剤成分量も不足しているためビード形状が劣化した。また、金属弗化物の量が過剰なＮｏ．１４のワイヤは、弗素ガス発生量が過剰となりスパッタの発生量に問題を生じると共に、スラグの融点が下がりすぎビード形状に問題が生じた。
【００２７】
全スラグ剤成分量が過剰なＮｏ．１５のワイヤは、スラグ量が過剰となり、スパッタの発生量に問題を生じると共に、スラグの巻込みを生じた。また、Ｎ量が過剰なＮｏ．２２のワイヤは、ブローホールが発生した。
【００２８】
次に隙間腐食試験の結果は、Ｃｒ量の不足したＮｏ．１８、Ｎｉ量の不足したＮｏ．１９、Ｎ量の不足したＮｏ．２０、ＣｒおよびＭｏ量の不足したＮｏ．２１の各ワイヤ共に、比較として実施したＳＵＳ３１６ＬＮ系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤと同等もしくはそれ以下の耐食性しか示さなかった。
【００２９】
これらに対し、ＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ 、金属弗化物をフラックス中に適正量含有し、かつフラックス中のスラグ成分の総量が適正なＮｏ．１〜１０の本発明ワイヤは、溶接作業性、耐隙間腐食性のいずれも極めて良好であった。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明はステンレス鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、スラグ成分および量、金属成分および量を限定することにより、耐隙間腐食性に優れた溶接金属が得られ、なおかつアークが安定で、スパッタ発生量が少なく、スラグの被包性および剥離性等の溶接作業性が良好なフラックス入りワイヤを提供するものであって、溶接施工物の品質向上に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はフラックス入りワイヤの断面形状の例を示す図
【符号の説明】
１外皮
２充填フラックス
３継ぎ目[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to the development of a flux-cored wire for gas shielded arc welding of stainless steel. More specifically, a weld metal having excellent crevice corrosion resistance is obtained, the arc is stable, the amount of spatter generated is small, and slag coating is achieved. The present invention relates to a flux-cored wire having good welding workability such as encapsulation property and peelability.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for welding of austenitic stainless steel used in an environment where corrosion resistance is required, 308, 316, 308L as disclosed in JP-A-58-205696 and JP-A-62-68696 are disclosed. A flux-cored wire for austenitic stainless steel of 316L is used. A flux-cored wire for austenitic stainless steel of 317L is developed for the purpose of improving crevice corrosion resistance.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the conventional flux-cored wire for austenitic stainless steel, it has not been possible in recent years to obtain a demand for higher corrosion resistance, in particular, a weld metal excellent in crevice corrosion resistance.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is to solve the above-mentioned problems, and in a flux-cored wire for stainless steel welding, the flux is filled in the stainless steel sheath in an amount of 10 to 25% based on the total weight of the wire, and the total weight of the wire is contained in the flux. _{respect, TiO 2: 3.5~7.5%, SiO} 2: 0.1~0.5%, metal fluorides: it contains 0.1 to 3.0% and the total slag component Is 5.4 to 9.1%, Ni: 9.0 to 14.0%, Cr: 20.0 to 25.0%, Mo: 0.5 to 1 in one or both of the outer coat and the flux. It is a flux cored wire for stainless steel welding characterized by containing 0.2% and N: 0.14 to 0.18%.
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The flux-cored wire of the present invention is a wire having a cross-sectional shape as shown in FIG. 1 (a) to (d), in which the filling flux 2 is wrapped by a jacket 1 made of pipe or steel strip. In this case, one having a seam 3 as shown in FIGS. 3B to 3D or one having no seam as shown in FIG. As the outer skin, ferritic stainless steel and austenitic stainless steel can be used.
[0006]
In the present invention, Ni, Cr, Mo, and N are contained in one or both of the outer shell and the flux as alloy components.
Ni is used in combination with Cr, Mo, and N, and needs to be 9.0% or more to improve corrosion resistance and oxidation resistance and stabilize the austenite phase. On the other hand, if it exceeds 14.0%, the corrosion resistance becomes saturated and becomes economically expensive, so that the content was set to 9.0 to 14.0%.
[0007]
Cr forms a passivation film, and in environments where high corrosion resistance is required, such as environments containing sulfuric acid, it must be at least 20.0% even in the form of coexistence with Ni, Mo, and N. The more it is, the better the corrosion resistance and oxidation resistance I do. However, if it exceeds 25.0%, its corrosion resistance becomes saturated and becomes economically expensive, so that the content was set to 20.0 to 25.0%.
[0008]
Mo is extremely effective in obtaining high corrosion resistance in the form of coexistence with Cr, Ni and N. If it is less than 0.5%, the corrosion resistance is insufficient, but if it exceeds 1.2%, the remarkable corrosion resistance is obtained. Since no improvement is obtained and the cost is high, the content is set to 0.5 to 1.2%.
[0009]
N is a strong austenite-forming element, and is effective for obtaining high corrosion resistance in the form of coexistence with Cr, Ni and Mo, and is required to be 0.14% or more as an N-converted value in the N compound. However, when the content exceeds 0.18%, the effect is saturated, and furthermore, a blow hole is generated in the weld metal, resulting in welding defects.
[0010]
Further, as a slag agent, when N is contained in the above-mentioned component system, slag is scattered and seized after welding in the conventional slag system, and it is difficult to obtain a sound weld. Therefore, the main components of the slag agent were as follows.
[0011]
First, TiO ₂ is formed. TiO ₂ forms a slag having good slag encapsulation and peeling properties, and furthermore excellent scattering resistance. However, if the slag is less than 3.5%, the effect is not exhibited. The fluidity of the slag deteriorates, the amount of slag necessary for securing the slag encapsulation property increases, and spatter is likely to occur. As raw materials, rutile, titanium slag, illuminite, potassium titanate, sodium titanate and the like are desirable.
[0012]
SiO ₂ is a component necessary for adjusting the fluidity of the slag. However, if the content is less than 0.1%, the effect is not seen. If the content is more than 0.5%, the slag flows easily and the encapsulating property is deteriorated. And the slag peeling property and scattering resistance are deteriorated. In addition, as a raw material, in addition to quartz sand and wollastonite, a composite component such as potassium feldspar can be used.
[0013]
Metal fluoride is added to improve pit resistance, adjust the melting point of slag, and improve encapsulation. If the amount is less than 0.1%, pit resistance cannot be ensured. Conversely, if it exceeds 3.0%, the melting point of the slag becomes too low, the bead shape deteriorates, and spatter is liable to occur due to generation of fluorine gas. . As the metal fluoride, NaF, LiF, MgF ₂ , AlF ₂ , K ₂ Zr ₂ F ₆ or the like is used alone or in combination, but within the above range, the effect is almost the same for all fluorides.
[0014]
In the present invention, the slag agent component means a non-metal component such as an oxide and a fluoride. In addition to the above, Al ₂ used for adjusting the slag basicity and finely adjusting the melting point and fluidity of the slag. O ₃ , MgO, K ₂ O used for adjusting the arc state, and P, S, etc. are also included as impurities brought from these raw materials. It is one of the points of the present invention that the total slag component including these is in the range of 5.4 to 9.1% based on the total weight of the wire. This is because when the slag component exceeds 9.1%, the amount of slag becomes excessive, the amount of spatter generated becomes large, and slag is easily entrained. On the other hand, when the slag component is less than 5.4%, the slag amount becomes insufficient. This is because it is impossible to cover the entire bead and the bead shape is deteriorated.
[0015]
The flux may be granulated with a fixing agent according to the raw material particle size, the flux component, the filling method, and the like.In that case, the component derived from the fixing agent, for example, in the case of water glass, SiO ₂ , It is necessary to consider the increase of Na ₂ O, K ₂ O and the like in advance and mix the raw materials.
[0016]
【Example】
Using the stainless steel pipes and strips shown in Table 1, 1.2 mm diameter wires having the compositions shown in Tables 2 to 5 were produced. In these tables, the outer symbols A and B have the cross-sectional shapes of the type shown in FIG. 1B, and the outer symbol C has the seamless type shown in FIG. 1A. In these tables, wire No. Nos. 1 to 10 are stainless steel welding wires according to the present invention; 11 to 22 are comparative examples. SUS316LN steel having a thickness of 20 mm was subjected to 5-pass 6-layer welding in a downward direction using DCRP (DC reverse polarity) 200 A, 31 V, 35 cm / min welding conditions using the wires shown in Tables 2 to 5, respectively. Weldability was compared. The results are shown in Tables 4 and 5. Here, the evaluation of welding workability was evaluated as ○ when practically good, and × when practically unpractical.
[0017]
[Table 1]

[0018]
[Table 2]

[0019]
[Table 3]

[0020]
[Table 4]

[0021]
[Table 5]

[0022]
Further, a corrosion test specimen was collected from the final layer of the overlay welding metal, and a corrosion test in accordance with ASTM G48 Method B was performed to evaluate crevice corrosion resistance. The test conditions were as follows: a test piece was immersed in a solution of 100 g FeCl.6H ₂ O + 900 ml H ₂ O (6% FeCl ₃ ) for 72 hours, and the occurrence of crevice corrosion was examined from 0 ° C. to 15 ° C. at 2.5 ° C. intervals. In addition, as a comparison, evaluation was performed using test pieces prepared under the same conditions using a SUS316LN-based flux-cored wire for welding stainless steel. Table 6 shows the results. Here, the results of the crevice corrosion test were evaluated as ○ for no crevice corrosion and × for crevice corrosion occurrence.
[0023]
[Table 6]

[0024]
First, the welding workability was evaluated for No. _{2 in which the} amount of TiO ₂ was insufficient. The wire No. 11 caused problems in the encapsulation and peeling properties of the slag, and the slag scattered immediately after welding. In addition, when the amount of TiO ₂ is excessive, For the wire No. 16, there was a problem in the amount of spatters generated, and pits were observed because the amount of metal fluoride was insufficient.
[0025]
No. ₂ having an excessive amount of SiO ₂ . The wire No. 12 caused seizure of the slag and caused problems in slag peeling properties and scattering properties. In addition, No. _{2 in which the} amount of SiO ₂ was insufficient. The wire No. 17 had a problem with the encapsulation of the slag.
[0026]
No. in which the amount of metal fluoride was insufficient. In the wire No. 13, the pit resistance was deteriorated, pits were generated, and the bead shape was deteriorated because the amount of the slag agent component was insufficient. In addition, when the amount of metal fluoride was excessive, With the wire No. 14, the amount of generated fluorine gas was excessive, which caused a problem in the amount of spatter, and the melting point of the slag was too low to cause a problem in the bead shape.
[0027]
When the total amount of the slag agent components is excessive, In the case of the wire No. 15, the amount of slag became excessive, causing a problem in the amount of spatters generated, and the slag was involved. In addition, when the N content is excessive, The wire No. 22 had blowholes.
[0028]
Next, the results of the crevice corrosion test show that the No. 3 with insufficient Cr content. No. 18, where the amount of Ni was insufficient. 19, N. No. 20, in which the amounts of Cr and Mo were insufficient. Each of the wires No. 21 exhibited corrosion resistance equal to or less than the flux-cored wire for welding SUS316LN stainless steel used for comparison.
[0029]
On the other hand, TiO ₂ , SiO ₂ and metal fluoride are contained in the flux in an appropriate amount, and the total amount of the slag component in the flux is an appropriate amount. The wires 1 to 10 of the present invention were extremely good in both welding workability and crevice corrosion resistance.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, in a flux cored wire for gas shielded arc welding of stainless steel, by limiting the slag component and amount, the metal component and the amount, a weld metal excellent in crevice corrosion resistance can be obtained, and the arc Provides a flux-cored wire that is stable, has a small amount of spatter, and has good welding workability such as slag encapsulation and peelability, and greatly contributes to improving the quality of welded articles. .
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D show examples of cross-sectional shapes of flux-cored wires.
1 outer skin 2 filling flux 3 seam

Claims

In the flux-cored wire for welding stainless steel, the flux is filled in the stainless steel sheath in an amount of 10 to 25% with respect to the total weight of the wire, and TiO ₂ : 3.5 to 7. 5% SiO _2: 0.1 to 0.5% metal fluorides: contains 0.1 to 3.0% and a total 5.4 to 9.1% of the slag component, the outer skin And in one or both of the fluxes, Ni: 9.0 to 14.0%, Cr: 20.0 to 25.0%, Mo: 0.5 to 1.2%, N: 0.14 to 0.18. % Flux cored wire for welding stainless steel, characterized by containing